В рамках статьи представлены исследования процесса дренирования в плоских дренажах на основе волокнистых полимерных материалов. Для проведения экспериментов была создана специальная установка, позволяющая проводить исследования свойств дренажа непосредственно в грунтовом массиве. По результатам полученных испытаний была выявлена нелинейность зависимости «скорость фильтрации-угол наклона дренажа».
Ключевые слова: дренаж, фильтрация, волокнистый полимерный материал, геотекстиль.
Управление водными ресурсами и их использованием в тех или иных целях осуществляется посредством гидротехнических сооружений.
Гидротехнические сооружения, особенно крупные, являются весьма ответственными и серьезная авария крупного водоподпорного сооружения может привести к весьма тяжелым последствиям с человеческими жертвами и большим материальным ущербом вследствие не только выхода из строя самих сооружений, но и разрушений волной прорыва населенных пунктов, промышленных предприятий транспортных коммуникаций.
Основными причинами известных аварий и повреждений гидротехнических сооружений различных типов были: перелив воды через гребень грунтовых плотин; сосредоточенная фильтрация через тело плотины или основание; химическая суффозия; деформации и оползание откосов грунтовых плотин; сейсмические и волновые воздействия [3].
Для снижения фильтрационных деформаций грунта гидротехнических сооружений (плотин, дамб, хвостохранилищ и др.) применяют различные дренажи, поверхностные покрытия, противофильтрационные экраны, ядра и диафрагмы.
Дренажи являются неотъемлемой частью гидротехнических сооружений из грунтов и имеют следующее назначение [5]:
- снижение положения поверхности депрессии для повышения устойчивости низового откоса;
- отвод фильтрационного потока в нижний бьеф;
- предотвращение фильтрационных деформаций.
Различные типы дренажных систем искусственных сооружений включают фильтрационные материалы, в качестве которых применяются зернистые и волокнистые среды [1].
Для изучения процессов водоотведения и дренирования была сконструирована экспериментальная установка [2].
Рис. 1. Схема установки
1-Корпус призматической формы; 2-бак с водой; 3-пьезометр; 4-гибкая подводка; 5-сливной бак; 6-насос; 7-грунт; 8-конструкция дренажа; 9-штамп для передачи нагрузки; 10-термометр.
Были проведены эксперименты с использованием трех, различных по своим характеристикам, волокнистых материалов. Свойства, которых представлены в таблице 1.
Таблица 1
Свойства материалов, используемых при исследовании процессов дренирования
|
Свойство |
Материал № 1 |
Материал № 2 |
Материал № 3 |
|
Поверхностная плотность материала, г/м2 |
450 |
210 |
260 |
|
Толщина, при нагрузке 2кН/м2, мм |
4 |
1,5 |
1,25 |
|
Водопроницаемость при напоре 150мм, м/сут |
160 |
75 |
62 |
Структура дренажа представлена на рис. 3, представляет из себя конструкцию, состоящую из следующих слоев: волокнистый полимерный материал (ядро дренажа), водонепроницаемая полимерная мембрана.
Рис. 2. Схема дренажа
1-Водонепроницаемая геомембрана; 2- волокнистый полимерный материал; 3-сухой грунт; 4-обводненный грунт.
В ходе экспериментов проводились замеры продолжительности фильтрования определенного количества воды при неизменном напоре(150мм) и изменении угла наклона дренажа к горизонтальной поверхности.
Результаты представлены на следующем графике.
Рис. 3. Результат проведения экспериментов по исследованию процессов дренирования с применением различных геотекстильных материалов
Как видно из графика, с задачей дренирования справляются все материалы. Форма зависимости скорости фильтрования 
от угла наклона 
дренажа имеет не линейный характер и определяется как:
,
где 
коэффициенты, определяемые на основе лабораторных экспериментов в зависимости от вида используемого волокнистого материала.
Таким образом при проектировании пластовых дренажных конструкций на основе волокнистых полимерных материалов в составе гидротехнических сооружений из горных пород необходимо учитывать нелинейный характер зависимости «скорость фильтрования-угол наклона».
Литература:
1. Герасимов В. М. Волокнистые полимерные материалы в геотехнологии: монография / Герасимов В. М. Читинский Государственный Университет (ЧитГУ), Чита, 2010–207с.
2. Герасимов В. М., Нижегородцев Е. И. «Исследование фильтрационных свойств волокнистых полимерных материалов при изменении давления» Системы. Методы. Технологии. Братск, 2013 № 4(20), с.153–156.
3. Нестеров М. В. «Гидротехнические сооружения: учебное пособие», ООО Новое издание, Москва, 2006–616с.
4. Розанов Н. П., Бочкарев Я. В., Лапшенков В. С. «Гидротехнические сооружения» Агропромиздат, Москва, 1985–432с.
5. Ялтанец И. М. «Проектирование гидромеханизации открытых горных пород: учебное пособие для вузов», Москва, МГГУ, 1994. — 481с.
